JPS6037115A - 固体電解コンデンサ - Google Patents

固体電解コンデンサ

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JPS6037115A
JPS6037115A JP14437583A JP14437583A JPS6037115A JP S6037115 A JPS6037115 A JP S6037115A JP 14437583 A JP14437583 A JP 14437583A JP 14437583 A JP14437583 A JP 14437583A JP S6037115 A JPS6037115 A JP S6037115A
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JP
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solid electrolytic
poly
electrolytic capacitor
para
carbon atoms
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小林 征男
一美 内藤
総一郎 川上
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Resonac Holdings Corp
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Showa Denko KK
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高分子化合物にドーパントをドープして1!
7られる電導性高分子化合物を固体電解質とする固体電
解コンデンサ関する。
固体電解コンデンサはN極酸化皮膜を有するアルミニウ
ム、タンタルなどの皮膜形成金属に固体電解質を付着し
た構造を有している。従来のこの種の固体コンデンサの
固体電解質には、主に硝酸マンガンの熱分解により形成
される二酸化マンガンが用いられている。しかし、この
熱分解の際に要する高熱と発生するN Oxガスの酸化
作用などによって、誘電体であるアルミニウム、タンタ
ルなどの金属酸化皮膜の損傷があり、そのため耐電圧は
低下し、もれ電流が大きくなり、誘電特性を劣化さゼる
など極めて大きな欠点がある。また、再化成という工程
も必要である。
これらの欠点を補うため、高熱をイリ加せずに固体電解
質層を形成する方法、つまりへ電導性の有機半導体材料
を固体電解質とづる方法が試みられている。その例とし
ては、特開昭52−79255号公報が記載されている
7、7,8.8−テトラシアノキノジメタン(TCNQ
)銘塩を含む電導性高重合体組成物を固体電解質として
含む固体電解コンデンサ、特開昭58−17609号公
報に記載されているN−n−プロピルイソキノリンと 
7.7,8.8−テトラシアノキノジメタンからなる1
11塩を固体電解コンデンサが知られている。これらT
NCQNC化合物は陽1fi酸化皮膜とのイ]看性に劣
り、電導度も10−3〜104 s −c+n−電と不
十分であるため、フンデンサの容量値は小さく誘電損失
も大きい。また熱的経時的な安定性も劣り信頼性が低い
本発明の目的は上述した従来の欠点を解決するため、電
導度が高く、誘電体皮膜との付着性のよい有機半導体を
固体電解質に用いた固体電解コンデンサを提供すること
にある。
本発明は固体電解質に高電導度を有するドーパントをド
ープした高分子化合物を用いた固体電解コンデンサを特
徴どしており、本発明により得られる固体電解コンデン
サは従来の無機酸化半導体や有様半導体を用いた固体電
解コンデンサに比して容量、誘電損失、経時安定性にお
いて著しく優れた性能を有している。
以下本発明について詳細に説明する。
本発明で用いられる高分子化合物は下記のくりこれらの
高分子化合物の製造方法は特に限定されるものではない
が、例えば、ポリ(パラ−フェニレン)については、J
 、 chem、pbys 、、711506(197
9)、Bull、cheIIl、Soc、JAPAN 
512091 (1978) 、J 、DOIym、S
Ci、polym、CC11e。
E di、、旦357 (1974) 、ポリ(パラ−
フェニレンザルファイド)についてはJ、Δppl 、
 polym。
Sci、、202541 (1976) 、ポリ(パラ
−フェニレンオキシド)についてはMakromol 
cl+em、126130 (1969) 、ポリ(パ
ラ−フェニレンビニレン)についてはJ 、 Awe、
chem、soc、、824669 (1960)等の
方法によって製造することができる。
上記の高分子化合物にドーパン1−をドーピングしてお
くことが必要である。ドーピングは化学的ドーピング、
電気化学的ドーピングのいずれの方法を採用してもよい
例えばポリパラフェニレンを化学的ドーピングするドー
パントとしては、従来知られている種々の電子受容性化
合物および電子供与性化合物、即ち、(I)ヨウ素、臭
素J3よびヨウ化臭素の如きハロゲン、(■)五フッ化
ヒ素、五フッ化アンチモン、四フッ化ケイ素、五塩化リ
ン、五フッ化リン、塩化アルミニウム、臭化アルミニウ
ムおよびフッ化アルミニウムの如き金属ハロゲン化物、
(III)硫酸、硝酸、フルオロ硫酸、トリフルオロメ
タン硫酸およびクロロ硫酸の如きプロトン酸、(IV)
三酸化イオウ、二酸化窒素、ジフルオロスルホニルパー
オキシドの如き酸化剤、 (V)AU ClO4、(Vl)7トラシ7/エチレン
、テ1〜ラシアノキノジメタン、フロラニール、2.3
−ジクロル−5,6−ジシアツバラベンゾキノン、2.
3ジブロム−5,6−ジシアツパラベンゾキノン、(l
 Li 、Na SKの如きアルカリ金属等をあげるこ
とができる。
一方、電気化学的にドーピングするドーパントとしては
、(f)PFe、SbF二、AS Fa、3b CJL
;の如きVa族の元素のハロゲン化物アニオン、BF:
の如きl[a族の元素のハロゲン化物アニオン、I−(
Ii >、Br 、GfL−の如きハロゲンアニオン、
C吏O′4の如き過塩素酸アニオンなどの陰イオン・ド
ーパントおよび(ii)Li”、Na”、K+の如きア
ルカリ金属イオン、R4N”(R:炭素数1〜20の炭
化水素基)の如き4級アンモニウムイオンなどの陽イオ
ン・ドーパント等をあげることができるが、必ずしもこ
れ等に限定されるものでは゛ない。
上述の陰イオン・ドーパンh 83よび陽イオン・ドー
パントを与える化合物の具体例としてはLi PFa 
、Li Sb Fo 、Li AS Fa、Li CL
C)+ 、Na I、Na PFe、Na Sb Fe
 、Na As Fe 、 Na 0104、K I、
KPFa 、KSb Fa 、KAs Fa、K C斐
 04 、 ((n −3u )4 N)十・(As Fa )−1
((n −BLI )4 N)” ・(PFe )−1
((n −Bu )4 N)” ・ClO4、Li A
n(,14、Li BF4 、No−As Fe、NO
2・AS Fa 、No−BF4、NO2・BF4、N
o−PF6をあげることができるが必ずしもこれ等に限
定されるものではない。
これらのドーパントは一種類、または二種類以上を混合
して使用してもよい。
前記以外の陰イオン・ドーパントとしては14F2アニ
オンであり、また、前記以外の陽イオン・ドーパントと
しては次式(II)で表わされる(式中、Xは酸素原子
またはM素原子、R″は水素原子または炭素数が1〜1
5のアルキル曇、炭素数6〜15のアリール(aryl
)基、RLlはハDゲン原子または炭素数が1〜1oの
アルキル基、炭素数が6〜15のアリール(aryl)
基、mはX /fiM素原子のとき0であり、Xが窒素
原子のとぎ1である。
nは0または1〜5である。) または次式([[I)もしくは(IV )で表わされる
カルボニウム・カチオン: および R’ C” (IV) 1 〔上式中、RI%R2、R3は水素原子(RI、R2、
R3は同時に水素原子であることはない)、炭素数1〜
15のアルキル基、アリル(allyl )基、炭素数
6〜15のアリール(aryl) Mまたは一0R5基
、但しR5は炭素数が1〜10のアルキル基または炭素
数6〜15のアリール(aryり基を示し、R4は水素
原素、炭素数が1へ・15のアルキル基、炭素数6〜1
5のアリール基である。〕である。
用いられるHF2アニオンは通常、下記の一般式(1、
(Vl )または(■): R’ 4 N−HF2 (V) M−HF2 (vI)  n 〔但し、上式中R′、R″は水素原子または炭素数が1
〜15のアルキル基、炭素数6〜15のアリール(ar
yl )基、R’は炭素数が1〜10のアルキル基、炭
素数6〜15のアリール(aryl)a、Xは酸素原子
または窒素原子、11はOまたは5以下の正の整数であ
る。Mはアルカリ金属である〕で表わされる化合物(フ
ッ化水素塩)を適当な有機溶媒に溶解することによって
得られる。上式(V)、(Vl )および(Vl)で表
わされる化合物の具体例としてはHqN−HF2、 n −Bu 4’N−HF2 、Na ・1−II2、
lく・HF2、Li −HF2および 日 上記式(n)で表わされるピリリウムもしくはごリジニ
ウムカチオンは、式(II)で表わされるカチオンとC
史04 、BF2 、A吏C愛:、Fe C0< 、 
Sn Cps 5PFs 、PCILg、Sb Fs 
、As Fs 、C’、R3SOi 、HF′2等のア
ニオンどの塩を適当な有機溶媒に溶解することによって
得られる。そのような塩の具体例としては く以下余白) 等をあげることができる。
上記式(I[[)または(IV )で表わされるカルボ
ニウム・カチオンの具体例としては (Co R5)3 G” 、 (CI−13)3.’c
+、これらのカルボニウムカチオンは、それらと陰イオ
ンの塩(カルボニウム塩)を適当な有機溶媒に溶解する
ことによって得られる。ここで用いられる陰イオンの代
表例としては、BF;、へI)−C(L; 、AlBr
 3 CI−、Fe C(L:、3n Cf1x 、P
F; 、PCl; 、811CI;、31)F;、C1
冗、CF3 SOi等をあげることができ、また、カル
ボニウム塩の具体例としては、例えば(Co 1−15
 ) 3 C−BF4、(CI−13>3 C−BF4
、HCO・A愛C1+、HCO−BF4 、Co H5
Co−8n C115等をあげることができる。
上記のドーパントとして例えばASF5 (電子供与体
)をドープすることによりポリ(パラ−フェニレン)で
は104 S −cm−’ 、ポリ(パラ−フェニレン
サルファイド)では15−Cm−1、ポリ(パラ−フェ
ニレンオキサイド)では10−33− cm−1、ポリ
(パラ−フェニレンビニレン)では、3S−CIll“
1きる。
さらに、これら高分子化合物は、合成が容易で耐化学薬
品性、耐熱性もよく、成形加工性に優れ、軽いといった
従来の導7H性高分子にない特長を有している。
したがって、一般式(i)で表わされるくり返し単位を
有する高分子化合物にドーパントをドープして得られる
電導性高分子化合物を電解質に用いれば、下記のごとき
゛効果が得られる。
■ 高温加熱をすることなしに電j/1′買層を形成で
きるので陽極の酸化皮膜の損傷がなく、補修のための陽
極酸化(再化成)を行なう必要がない。
そのため定格電圧を従来の数倍にでき、間容毘、同定格
電圧のコンデンサを得るのに形状を小型化できる。
■ もれ電流が小さい。
■ 高耐圧のコンデンサを作製できる。
■ 電解質の電導度が十分に高いため、グラファイトな
ど9導電層を設【プる必要がなく、工程が簡略化される
本発明による固体電解コンデンサの概略を第1図に示し
た。
アルミニウム、タンタル、ニオブ等の弁作用金属を陽極
酸化し、酸化皮膜上に電解層を形成する。
さらに銀ペーストで陰極を取り出し、ケースに入れ、樹
脂等で密封外装して固体電解コンデンサを得る。
以下実施例を示し、本発明の詳細な説明する。
実施例1 Ta粉末の焼結体をリン酸水溶液中で陽極酸化して、誘
電体皮膜を形成させた後、ポリ(パラ−フェニレンサル
ファイド)のジフェニルエーテル溶液に浸漬し、乾燥す
る。この浸漬、乾燥の操作をくり返し、高分子層を形成
し、ASF5ガスを接触させ、As F5ガスを接触さ
せ、AS F5をドープし、電解質層を形成する。つい
で銀ペーストで陰極を取り出し、ケースに入れ樹脂封口
して、固体電解コンデンサを作成した。
△SF5をドープしたポリ(パラ−フェニレンサルファ
イド)の電¥4度は1s −etc+ +’あった。
実施例2 実施例1と同様に陽極酸化し7j T a素子をポリ(
パラーフエニレンオギザイド)のN、N−ジメチルホル
ムアミド溶液に浸漬し、乾燥する。この浸漬、乾燥の操
作をくり返し高分子層を形成しAs F5ガスを接触さ
せ、As F5をドープし、電解質層を形成する。つい
で実施例1と同様にして固体電解コンデンサを作成した
As F5をドープしたポリ(パラーフェニレンAキサ
イド)の電導度は10−3 s −am−1であった。
実施例3 実施例1と同様に陽極酸化したTa素子を、ポリ(パラ
−フェニレンビニレン)のN、N−ジメチルホルムアミ
ド溶液に浸漬し、乾燥づる。この浸漬、乾燥の操作をく
り返し、高分子層を形成し、AS F5ガスを接触させ
As r5をドープし、電解質層を形成する。ついで実
施例1と同様にして固体電解コンデンサを作成した。
AS F5をドープしたポリ(パラーフエニレンどニレ
ン)の電導度は3s −C11−1であった。
実施例4 Ta粉末の焼結体をリン酸水溶液中で陽極酸化して誘電
体皮膜を形成させた後、Bull 、 chem。
Soc、 Jpn、、51.2091 (1978)記
載の方法で得られたポリ(パラ−フェニレン)を200
℃で熱プレスすることによって、ポリ(パラ−フェニレ
ン)を多孔性1−a素子に流し込み、Ta索子を被覆す
る。冷却後、ポリ(パラ−フェニレン)で被覆されたT
a素子にAS’F5ガスを接触させて、As F5をド
ープし、電解質層を形成する。ついで銀ペーストで陰極
を取り出し、ケースに入れ樹脂封口して固体電解コンデ
ンサを作成した。
As F5をドープしたポリ(パラ−フェニレン)の電
導度は102 S −am−+であった。
実施例5 実施例4と同様に陽極酸化した7a素子を、J 、po
lym、cllem、 E di、、12,357 (
1974)記載の方法で得られたポリ(4,4’ −ビ
フェニレン)のクロロホルム溶液に浸漬し、乾燥する。
この浸漬、乾燥の操作をくり返し、高分子層を形成し、
AS F5ガスを接触させAS F5をドープし、電解
質層を形成する。ついで実施例4と同様にして、固体電
解質コンデンサを作成した。AS F5をドープしたポ
リ(4,4’−ビフェニレン)の電導度は103103
s−墓であった。
実施例4と同様な陽極酸化した°Ta索子を用いた従来
の二酸化マンガンを電解質とづる固体電解コンデンサを
比較例1とし、コンデンサの特性を比較したものを第1
表に示す。
上表から明らかなように、本発明によるドーパントをド
ープした電導性高分子化合物を電解質とする固体電解コ
ンデンサは従来の二酸化マンガンを電解質とする固体電
解コンデンサに比して誘電損失、もれ電流が小さく、定
格電圧が高く、高耐電圧の固体電解コンデンサを作成す
ることができる。また、本発明による固体電解コンデン
サの容量×定格電圧の値は二酸化マンガンを用いた固体
電解コンデンサに比して大きく、同じ形状ならば大容伍
を得ることができる。
上記実施例では、素子の金属は、タンタル焼結体であっ
たが他のアルミニウム、二Aブでもよく、形状も粉末焼
結体に限らない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による固体電解コンデンサの一例を示す
断面図である。 1・・・Ta、A1等の金属焼結体 2・・・酸化皮膜 3・・・電導性高分子化合物 4・・・導電ペースト 5・・・半田 6・・・ケースおよび陰極 7・・・陽極 8・・・月日樹脂 代理人 弁理士 菊 地 粘 −

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 一般式 で表わされるくり返し単位を有する高分子化合物にドー
    パントをドープして得られる電導性高分子化合物を固体
    電解質と°ツることを特徴とする固体電解コンデンサ。
JP14437583A 1983-08-09 1983-08-09 固体電解コンデンサ Granted JPS6037115A (ja)

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JPH0155571B2 JPH0155571B2 (ja) 1989-11-27

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0239413A (ja) * 1988-07-28 1990-02-08 Showa Denko Kk 固体電解コンデンサ

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4967153A (ja) * 1972-11-01 1974-06-28
JPS5185457A (ja) * 1975-01-24 1976-07-27 Nippon Electric Co

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